中国科研又亮剑！科学家造"抗压智能芯片"，极端环境也能精准计算

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哈喽，我是小玖。

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今天要和大家探讨一项令人震撼的科技飞跃。

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我国科研人员成功研发出一种在“极限高压”环境中不仅不崩溃，反而愈发智能的“自适应芯片”。

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一旦部署于万米深海或地壳深层，它非但不会被极端压力摧毁，还能以更高效率完成复杂数据运算。

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这并非电影中的幻想桥段，而是真实发表于权威期刊的研究成果。

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传统芯片扛不住，数据传输卡脖子

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在深入了解这项颠覆性技术前，小玖先带大家理清为何必须开发这种能抗住超高压的智能元件。

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随着人类对地球未知区域的探索不断深入，深海探测与地壳钻探任务日益频繁，而这些极端环境对电子系统而言，几乎等同于“毁灭禁区”。

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以马里亚纳海沟底部为例，那里的静水压力达到标准大气压的近一千倍；而在地下数十公里深处，压强更可飙升至15.1 GPa。

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相当于十五万倍标准大气压，普通半导体器件进入该环境，瞬间就会因结构崩解而失效。

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但比起物理损毁，更大的挑战来自“算力瓶颈”。

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无论是深海载具进行地形测绘、识别生物信号，还是地下传感装置捕捉地震波、分析岩石成分，都需要即时处理庞大的视觉与传感器信息流。

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有人或许会问：为什么不把原始数据传回地面再处理？听起来合理，实则难以实现。

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深海与地下通信信道极为狭窄，大量数据上传不仅延迟严重，还会消耗巨大能量。而这些设备本身体积受限、供电紧张，根本无法支撑高带宽传输。

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因此，一个迫切需求浮出水面：必须让计算能力下沉到现场，在极端条件下实现本地化智能处理。

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而这正是当前技术链条中最薄弱的一环。目前针对恶劣环境电子器件的研究，主要集中于耐高温、抗辐射方向，专为超高压力设计的智能计算单元凤毛麟角。

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因为在十五万倍大气压下，别说维持正常运行，连保持基本形态都极为困难。正因如此，李顺心团队的突破才显得尤为珍贵。

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他们不仅攻克了“存活”难题，还实现了“进化”——让芯片在压迫中变得更强大。

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压力越大，芯片越“聪明”

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不少人可能好奇，这块“逆境成长型芯片”究竟靠什么实现逆转？

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答案隐藏在一种名为二氧化钒的功能材料之中。

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据小玖查阅资料，二氧化钒在类脑器件领域早有应用潜力，其最大特性是可在绝缘态与导电态之间快速切换。

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这一属性非常适合模拟神经突触的记忆与学习行为，也正是构建人工大脑的关键要素。

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然而过往研究多聚焦于常压或低压状态下的性能表现，极少有人探究其在极端高压下的响应机制。

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李顺心团队的独到之处，正是首次揭示了二氧化钒在高压条件下的“相变规律”。

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他们所采用的样品在常温常压下呈现稳定的M1相晶体结构，当外界压力升至15.1 GPa以上时，便会自发转变为M1'相，伴随电子能带结构与光学响应的显著改变。

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更重要的是，这种结构转变引发了主导机制的根本转换。

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原本控制绝缘-金属相变的Peierls机制（源于晶格畸变）在高压下受到抑制，取而代之的是由电子强关联效应驱动的Mott机制成为主导力量。

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这一机制迁移带来了惊人效果：芯片对光信号的敏感度急剧提升，学习效率随之增强。

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实验数据显示，其配对脉冲易化指数从常压下的109.6%跃迁至高压环境中的155.4%，表明该人工突触在极端压力下反而变得更加灵敏与高效。

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小玖认为这一点极具颠覆性——我们通常认为恶劣环境只会削弱设备性能，而这项研究却将压力转化为“激活因子”，这种反直觉的现象，恰恰体现了新材料科学的巨大潜能。

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尤为突出的是，该芯片具备极高的工程实用性。

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研究人员将其应用于手写数字识别任务中，准确率高达97%，媲美常规神经网络在标准环境下的表现，证明其在极端条件下仍保有完整的认知推理能力。

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此外，它还能独立完成彩色图像的噪声过滤与内容重构，这类任务以往需依赖多模块协同运算，而此芯片通过单一器件集成感知、存储与计算功能，极大简化了整体系统架构。

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这项研究的意义远不止于一个单项技术突破。

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它验证了“材料即算法”的前沿理念：不再简单复制传统冯·诺依曼架构，而是借助材料本征物理特性直接参与信息处理过程。

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这种融合物质属性与计算逻辑的新范式，或许正是未来类脑芯片超越经典硅基系统的决胜之道！

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信息来源

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中国科学报 2025/12/28 极端环境电子器件研究取得新进展

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澎湃新闻·2025-10-20 14:48芯片研究取得重要突破！祝贺我国高校科研团队

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吉林大学物理学院2025-10-28李顺心等人开发出高压下稳定高效的紫外光电探测器